프러티우스 (프로테우스: 자유자재로 변신하며고 예언의 힘을 가졌었다는 그리스 바다의 신) 180의 전지판들은 태양이 하늘을 가로질러 가는 동안, 가능한 많은 태양 광선은 붙들기 위해, 미세하게 태양을 추적 한다. (Credit: SolarisFloat)

글: 이사벨 게레츤

입력 2022.12.7.

BBC 원문 2022.11.18.

거대한 대양열 전지판 집합체를 위한 공간을 찾는 가운데, 많은 나라들이 떠 있는 체제를 살펴보고 있는 중이다. 네덜랜드가 취하고 있는 이 방식은 물 위에 놓인 집합체로서 태양을 따라간다.

[시사뷰타임즈] 네덜랜드의 한 호수 위, 빛을 발하는 원형 섬이 떠있는데, 희미하게 빛을 발하고 있는 태양열 전지판 수십개로 덮여있다.

그러나 이것은 보통 보는 태양열 전지판 집합체는 아니고, 단순하게 여러 호수, 저수지들 및 세계 여러 해안 지역에 설치되고 있는 새롭게 떠있는 태양 농장들 중 하나도 아니다. 그 까닭은 이 전지판 집합체는 상기한 다른 떠있는 태양 농장들이 할 수 없는 뭔가 다른 일을 하고 있기 때문인바: 태양이 하늘을 가로질러 움직이고 있는 동안 태양광선을 가능한 많이 붙잡으려고 미세하게 태양을 따라가며 추적하고 있다.

이 반짝이는 장치는 고대 그리스 바다의 신인 프로티우스의 이름을 따서 명명됐으며 떠있는 태양열 전지판 체제와 태양을 추적하는 기술을 처음으로 결합시킨 것인 바, 이 모든 것이 이 장치가 생산하는 깨끗한 전기양을 최대화시키고자 하는 노력이다.

네덜랜드 남서부에 있는 한 호수인 우스부르네 미어에 떠있는 이 섬은 이런 식으로 움직이는 태양열 전지판 180개로 뒤덮여 있고, 최대치 전력 생산역량은 73KW (kWp) 이다. 이는 급속히 재생 가능한 에너지로 바꾸려고 하는 세계에선 보잘 것 없는 양이지만, 이 프러티우스를 지은 폴츄걸 (포르투갈) 회사 ‘솔러리스플로웃’ 은 이 작은 장치가 많은 양의 깨끗한 전기를 생산할 정도로 규모가 커질 수 있다고 -중요한 것은 귀중한 땅을 차지하지 않고서도- 믿는다.

태양열 혁명

브러질 어매전 (브라질 아마존) 에서 일본에 이르기까지, 떠 있는 태양열 전지판은 세계 여러 곳에서 폭발적으로 증가하고 있다. 떠있는 태양열 능력은 자넌 10년 동안 2015년 70MWp에서 2020년 1,300MWp로 엄청나게 성장했다. 이 기술 시장은 다음 10년에 걸쳐 한 해에 43%까지 성장할 것으로 예상되며, 2031년까지는 245억 달러 (217억 파운드) 에 이르게 될 것이다.

[시사뷰] MWp : Mega Wat peak 전력생산이 일정하지 않은 태양광발전에서 광효율이 가장 좋을 때 생산하는 전력을 나타내는 단위. Peak에서 W의 전력을 생산하는 용량, W : 실제 발전용량. 가구당 4kW * 250가구 = 1,000kW 출처: https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=enter5525&logNo=100162505288

싱거폴 태양열 에너지 연구소 (Seris) 부소장 타머스 레인들은 “떠있는 태양열은 새로운 (재생 가능 에너지) 선택지라고 해야겠지만, 전세게적으로 잠재력은 어마어마하다.” 라고 말한다. BBC 미래 행성 프로그램에서의 Seris의 분석결과에 따르면, 세계에서 인간이 만든 저수지들 중 겨우 10%를 떠있는 태양열로 덮고 있지만 결과적으로 20테라와츠 (TW) -오늘 날 전세계 태양열 광전지 (PV) 역량의 20배 이상- 가 될 것이라고 한다.

떠있는 태양광 기술의 증가는 최근 몇 년간 태양광 PV 전기의 혁명적인 확장의 최신 추세 중 하나다. 전 세계적으로 태양광 PV 용량은 2011년 72GW에서 2021년 843GW로 지난 10년 동안 거의 12배 증가했다. 이 기술은 현재 전 세계 발전량의 3.6%를 차지하며 2006년 0.03%에서 증가한 것이다. 전지판 집합체는 놀라울 정도로 가격이 하락하여 세계에서 가장 저렴한 전원 공급원이 되었다.

태양 에너지의 더 많은 확대가 예상된다. 실제로 국제 에너지 기구 (International Energy Agency) 에 따르면, 무 탄소배출 세계를 유지하려면 2030년까지 용량이 현재 양의 6배에 도달해야 한다고 한다. 전 세계 지정학도 태양 에너지에 대한 의존도를 높이는 데 중요한 역할을 하고 있다. 유럽 연합은 유크레인 (우크라이나) 침공 이후 라셔 (러시아) 석유 및 가스에 대한 의존도를 줄이기 위해 재생 가능 에너지의 대규모 양산을 제안했다.

이러한 엄청난 성장과 더불어, 연구자들은 계속해서 태양광 기술 개선을 모색하고 있다. 지금까지 전 세계적으로 설치된 대부분의 태양광 전지판은 단단한 땅 위에 놓여 있다. 그러나 물 위에 떠 있는 태양열 기술은 독특한 이점을 제공한다. 다른 용도로 필요할 수 있는 육지 공간을 차지하지 않는다는 것이다.

솔라리스플롯의 수석 공학기사인 안토니오 두에르테는 "재생 에너지 생산은 전 세계적으로 증가할 것." 이라고 말한다. "태양광 설치는 육지보다는 물에서 훨씬 더 많이 증가할 것이다. 이유는 뭘까? 토지가 매우 귀중한 자산이 되기 때문이다."

집합적 태양열 전지판을 급속히 확장하려는 세계에서, 이것은 특히 토지 부족에 직면한 국가에서 떠있는 태양광에 상당한 이점을 해준다. 기존의 태양광 발전소는 점유하는 토지의 양 때문에 비판을 받는 경우가 많다. 전기가 아니라면, 증가하는 세계 인구를 먹여 살리기 위해 농작물을 재배하거나 탄소를 흡수하는 나무를 재배하는 데 사용할 수 있는 토지이다. 네덜란드 라이덴 대학의 연구에 따르면, 태양 에너지는 석탄 발전소보다 최소 40~50배, 가스보다 90~100배 더 많은 공간을 필요로 한다고 한다.

환경 보호론자들은 또한 육상 기반의 태양광 및 풍력 발전소가 생물 다양성, 특히 종이 풍부한 지역에 건설된 농장에 해로운 영향을 미칠 수 있다는 우려를 표명했다.

따라서 물 위에 태양광 흡수 기술을 구축하는 것은 비어 있는 호수와 저수지를 활용하면서 땅을 비울 수 있는 현명한 방법이다. 일본 및 싱가포르와 같은 국가는 제한된 토지 가용성 또는 매우 비싼 토지 때문에 부유식 태양광 발전소에 막대한 투자를 하고 있다.

그러나 현재 전 세계 태양열 장치들 중 1% 미만이 떠있다고 영국 로보로 대학의 재생 에너지 체제 기술 본부 교수인 마이클 월스는 말한다. 이 상황은 부분적으로 기술 및 재정적 제약 때문이다. 바닷물은 부식을 일으키고 전지판을 비스듬히 배치하는 것은 떠있는 상태에서 까다롭고 비용이 많이 든다고 월스는 말한다. 민물 수역에 설치할 때 수영, 배 타기 또는 낚시와 같은 다른 활동들과 경쟁적일 경우, 반대에 직면할 수도 있다고 그는 덧붙인다.

그럼에도 불구하고, 떠있는 태양열 농장은 기존 태양 에너지를 괴롭히는 또 다른 문제인 태양 전지판이 너무 뜨거워지면 비효율적이라는 문제를 해결한다. 실제로 떠있는 물의 냉각 효과 때문에 떠다니는 태양 전지판은 추가 에너지를 생산한다.

태양 전지판들은 열이 아닌 태양 광선을 사용하여 전기를 생산한다. 그러나 너무 뜨거워지면 효율성이 떨어진다. 이는 열이 전지판의 전자를 들뜨게 만들기 때문인데, 이 상황은 결국 태양 ​​에너지를 전기로 변환시켜 주는 전지판의 전자들이 높은 에너지와 정지 상태의 차이를 작게 만들어 전압과 생성되는 전기량을 감소시키기 때문이다. 태양광 PV 전지판들은 일반적으로 15C와 35C (59F와 95F) 사이에서 최고 효율로 가동되지만 65C (149F) 까지 뜨거워지면 효율성을 저해될 수도 있다.

떠있는 태양열 전지판의 물과의 근접성은 전지판이 보다 효율적으로 작동하고 전기 생산을 최대 15%까지 증가시키는 데 도움이 된다고 포르티우스 특별계획 개발자이자, 기계 및 산업 공학 과학 및 혁신 연구소의 복합 재료 책임자인 누노 카레이아는 말한다.

태양을 따르다

그러나 태양 전지판의 에너지 생산을 높이는 다른 방법도 있다. 예를 들어 어린 해바라기가 낮 동안 동쪽에서 서쪽으로 태양을 따라가는 방식과 유사하게 하늘에서 태양의 경로를 따르도록 전지판을 기울이는 것이다. 일부 육상 기반 태양 전지판에서 이미 사용되고 있는 태양 추적 기술은 전지판이 지속적으로 태양을 향하도록 조정하므로 전체 전기 생산을 증가시키는 데 도움이 된다.

SERIS의 연구에 따르면, 태양을 추적하는 양면 전지판은 기존 체제에 비해 에너지 생산량을 35% 증가시키고 평균 전기 비용을 16% 줄일 수 있다고 한다. 태양광 전지판의 추적 기술에 대한 수요는 이러한 효율성 향상으로 인해 2022년에서 2030년 사이에 매년 16%씩 증가할 것으로 예상된다.

두 기술을 결합함으로써 솔라리스플롯은 정적 토지 설치에 비해 전기 생산을 최대 40%까지 증가시킬 수 있다고 말한다.

솔라리스플롯은 시범 특별계획으로 프러티우스를 구축하여 이 첨단 기술을 실험하고 청정 에너지 생성을 촉진하는 방법을 분석했다. 이 최초 원형은 올해 유럽 발명자 상의 결선 진출자로 선정되었다.

프러티우스의 단면 전지판은 동쪽에서 서쪽으로 이동할 때 태양 경로의 고도를 정확하게 따르기 위해 기계, 지리 공간 및 햇빛 감지기를 사용하여 두 축에서 몇 시간마다 천천히 회전한다.

프러티우스와 같은 추적 체제에 적당한 자리는 많이 있지만 가장 가능성이 높은 틈새는 강한 바람에 시달리지 않는 않는 고위도에 설치하는 것이라고 레인들은 말한다. 조석력 -潮汐力: 해수면의 높이의 차이를 일으키는 힘. 달과 태양의 인력과 지구의 원심력이 상호 작용을 한 결과로 나타나는 현상이다. 달의 것이 태양의 것보다 두 배 이상 크다.- 과 폭풍우가 전지판들의 계류 및 정박 체계를 파괴하지 않도록 위치를 신중하게 선택해야 한다.

추적 체제은 또한 전지판이 거의 수평으로 설치되고 하루 종일 태양을 향하는 적도 근처의 위치에서 큰 차이를 만들지 않을 것이라고 레인들은 말한다.

추적기를 추가하면, 설치의 전체 자본 및 유지 관리 비용이 증가한다고 월스는 말한다. 그러나 전력 이득으로 인해 이 기술은 "특히 미국으로 치면 연중 날씨가 따뜻한 남부 및 남서부 지역에서" 가치 있는 투자가 된다고 그는 말한다.

물 위에 배치된 태양 추적 태양 전지판의 또 다른 단점은 설치가 어렵다는 점이라고 두어르테는 시인한다. "지상 추적 체제는 [일반적으로] 기둥으로 땅에 '고정'되며 기둥 위에 [태양 전지판] 부품이 있는 기본판만 움직인다." 라고 그는 설명한다. 물 위에서의 안정성을 보장하기 위해 프러티우스의 받침판에 프로펠러와 엔진을 설치하여 전지판을 고정했다.

레인들은 "시간이 지남에 따라 체제가 여전히 원활하고 안정적으로 작동하면서 흡수할 수 있는 최대 풍속과 파도 높이가 얼마인지는 두고 봐야 한다." 라고 말한다.

환경 이점

추적 기술을 떠있는 태양열 전지판과 연결하면 발전량을 늘릴 수 있지만, 유익한 점은 그 이상이다. 떠있는 태양열 전지판은 증발을 줄이고 독성 녹조의 확산을 방지하는 데 도움이 될 수 있는데, 두 가지 모두는 물 공급은 위협한다고 과학자들은 말한다.

떠있는 태양열 전지판 설비는 표면을 태양으로부터 보호하여 수온을 식힌다. 이 상황은 따뜻한 물에서 번성하고 눈과 피부 자극을 유발할 수 있는 유해한 독소를 생성할 수 있는 남조류의 독성 꽃이 자라는 것을 방지한다.

더 낮은 온도는 또한 물의 증발을 방지한다. 이는 물이 귀중한 자원인 건조한 지역에서 특히 중요한 점이다. 2021년 연구에 따르면, 세계에서 가장 물이 부족한 국가 중 하나인 조던 (요르단) 의 저수지에 떠 있는 태양 전지판은 전기는 연간 425MWh를 생산하면서 증발은 42% 줄였다.

랭카스터 대학교의 에너지 및 환경 과학 선임 강사인 알로나 암스트롱은 "적절한 장소에서 잘 수행된다면, 떠있는 태양열 전지판은 토지를 차지하지 않고 수역 상태를 개선하면서 절실히 필요한 저탄소 에너지를 제공할 수 있는 잠재력을 갖고 있다" 고 했는데, 그는 떠있는 태양열 전지판 발전소의 환경적 이점과 위험을 검토하는 연구의 공동 저자이며 "우리의 연구는 떠있는 태양열 전지판이 수역을 식히고 식물성 플랑크톤 바이오매스를 감소시킨다는 것을 보여준다." 고 했다. 고농도의 식물성 플랑크톤 바이오매스는 녹조의 성장을 촉진할 수 있다.

그러나 떠있는 태양열 전지판을 더 널리 사용하면, 생태학적 단점도 있을 수 있다. 떠있는 태양열 전지판은 태양 복사 및 표면의 바람의 변화에 ​​따라 다른 특성을 가진 수역의 층인 성층화에 영향을 줄 수 있다. 층화가 증가하면 바닥층이 탈산소화되어 "영양소 농도가 바람직하지 않게 증가하고 물고기가 죽게 된다" 고 암스트롱의 연구는 지적한다.

암스트롱은 "떠있는 태양열 전지판은 수역에 유익하면서도 해로운 영향을 미칠 수 있으며 두 가지가 결합 될 가능성이 있습니다." 고 하면서 "올바른 장소에서 제대로 수행되었는지 확인하는 것이 가장 중요하다." 고 말한다.

떠있는 태양열 전지판은 다른 청정 기술과 결합할 때 유용한 이점을 제공할 수도 있다. 우선, 떠있는 태양열 전지판을 기존 수력 발전 기반시설과 통합할 수 있는 "거대한 기회" 가 있다고 레인들은 말한다. 이는 재생 에너지의 가장 큰 과제 중 하나인 가변적 기상 조건에서 안정적인 전력 공급을 제공하는 방법을 해결하는 데 도움이 될 것이다.

"낮에는 태양열을, 밤에는 수력을 사용할 수 있다." 고 레인들은 말한다. "현명한 방식으로 수행하면 원칙적으로 저장소를 거대한 전지 (배터리) 로 이용할 수 있다."

수력 발전소는 세계 최대의 재생 가능 에너지원이다. 그러나 아프리카와 같은 일부 지역에서는 기후 변화로 인한 가뭄 증가가 미래 잠재력을 위협할 수 있다고 국제 에너지 기구 (International Energy Agency) 가 경고했다. 한 연구에 따르면, 아프리카 수력 저수지의 1%에 떠 있는 태양 전지판은 대륙의 수력 발전 용량을 두 배로 늘리고 댐에서의 전기 생산을 58% 늘릴 수 있다고 했다. 두에르트는 프러티우스와 같은 설비를 기존의 수력 발전 기반시설과 함께 사용하여 전력 생산을 촉진할 수 있는 "강력한 잠재력" 이 있다고 말한다.

재생 가능 에너지에 대한 수요가 급증하고 가뭄과 같은 기후 영향이 증가함에 따라 솔라리스플롯은 자신들의 기술이 "양자 모두 승자가 되는 해법" 을 제공한다고 말한다. 전지판과 복잡한 설치를 구축하는 데 필요한 강철 및 플라스틱과 같은 높은 재료 비용은 프러티우스와 같은 장치의 전 세게적 출시를 지연시키는 주요 장애물이다.

상업적 성공을 위해 솔라리스플롯은 전력 생산 증가를 입증해야 할 뿐만 아니라 전체 체제에 대한 초기 투자와 운영 비용을 낮게 유지할 수 있음을 보여줘야 한다고 레인들은 말합니다.

그럼에도 불구하고 세계 시장이 향후 8년 동안 5분의1 성장하여 1억 8,020만 달러 (1억5,150만 파운드) 에 달할 것으로 예상되는 떠있는 태양열 전지판의 미래는 전반적으로 밝다는 것이 분명해 보인다.

세계가 위험한 수준의 온난화를 피하기 위해 재생 가능 에너지를 빠르게 늘려야 한다는 점을 고려할 때, 얻을 수 있는 모든 도움이 필요하다. 떠있는 태양 추적 태양열 전지판은 긴급하게 필요한 곳에 가장 효율적인 전지판을 배치하는 데 도움이 될 수 있다.

이 글은 2022년11월22일에 증보되어 떠있는 태양열 전지판이 성층화에 미치는 영향은 현재 알려지지 않았음을 명확히 했다.

The floating solar panels that track the Sun

 

Proteus' 180 panels meticulously track the Sun as it moves across the sky, to catch as many rays as possible (Credit: SolarisFloat)

 

By Isabelle Gerretsen

 

18th November 2022

 

In the search to find space for large solar arrays, many countries are looking to floating systems. Now the Netherlands is taking this one step further, with water-based arrays that follow the Sun.

 

On a lake in the Netherlands, a shiny circular island floats, covered in dozens of shimmering solar panels.

 

But this is no normal solar array, nor even simply one of the many new floating solar farms being installed in lakes, reservoirs and coastal areas across the world. That's because its panels are doing something none of these other floating solar farms can do: meticulously tracking and following the Sun as it moves across the sky, to catch as many rays as possible.

 

This glistening installation, named Proteus after the ancient Greek sea god, is among the first to combine floating solar panels with Sun-tracking technology – all in an effort to maximise the amount of clean electricity it can produce.

 

The island, floating in Oostvoornse Meer, a lake in the south-west Netherlands, is covered in 180 of these moving solar panels, with a total installed capacity of 73 kilowatt of peak power (kWp). It's a tiny amount in a world rapidly trying to switch to renewable energy, but SolarisFloat, the Portuguese company which built Proteus, believes this small installation could be scaled up to generate large amounts of clean electricity – and, crucially, without taking up valuable land.

 

 

Solar revolution

 

From the Brazilian Amazon to Japan, floating solar panels are experiencing a boom around the world. Floating solar capacity has grown hugely in the past decade, from 70 MWp in 2015 to 1,300MWp in 2020. The market for the technology is expected to grow by 43% a year over the next decade, reaching $24.5bn (£21.7bn) by 2031.

 

"Floating solar is a rather new [renewable energy] option, but it has huge potential globally," says Thomas Reindl, deputy chief executive of the Solar Energy Research Institute of Singapore (Seris). Covering just 10% of all man-made reservoirs in the world with floating solar would result in an installed capacity of 20 Terawatts (TW) – 20 times more than the global solar photovoltaic (PV) capacity today, according to an analysis by Seris seen by BBC Future Planet. 

 

The rise of floating solar technology is among the latest trends in the revolutionary expansion of solar PV electricity in recent years. Globally, solar PV capacity has increased almost 12-fold in the past decade, from 72GW in 2011 to 843GW in 2021. The technology now accounts for 3.6% of global electricity generation, up from 0.03% in 2006. At the same time, solar arrays have seen an astonishing price drop which has made them the world's cheapest source of power.

 

Further expanses in solar energy are expected – in fact, capacity needs to reach six times the current amount by 2030 to stay on track with a net zero emission world, according to the International Energy Agency. Global geopolitics are also playing a role in rising reliance on solar power: the European Union has proposed a massive ramping up of renewable energy as it aims to reduce its reliance on Russian oil and gas in the wake of the country's invasion of Ukraine.

 

Japan is investing heavily in floating solar farms because of limited land availability or very expensive land (Credit: Carl Court/ Getty Images)

 

Alongside this massive growth, researchers continue to look for improvements in solar technology. Most of the solar panels installed so far across the world lie on solid land. But solar technologies which float on water offer a unique advantage: they don't take up land space that may be needed for other uses.

 

"Renewable energy production is going to increase all around the world," says Antonio Duarte, the lead technical engineer at SolarisFloat. "Solar installations are going to increase much more on water [than] land. Why? Because land is becoming a very precious asset."

 

In a world looking to rapidly expand solar arrays, this gives floating solar a significant edge, especially for countries facing land scarcity. Conventional solar farms are often criticised for the amount of land they occupy – land which could otherwise be used to grow crops to feed the world's growing population, or carbon-absorbing trees. Solar energy requires a huge amount of space, at least 40-50 times more than coal plants and 90-100 times more than gas, according to research by Leiden University in The Netherlands.

 

Conservationists have also expressed concern that land-based solar and wind farms can have a harmful impact on biodiversity, especially those that are built in species-rich areas.

 

Building sun-absorbing technology on water is therefore a smart way to free up land, while also making use of unoccupied lakes and reservoirs. Countries such as Japan and Singapore are investing heavily in floating solar farms because of limited land availability or very expensive land. 

 

 

Floating solar installations offer a unique advantage: they don't take up valuable land space

 

But currently less than 1% of the world's solar installations are floating, says Michael Walls, a professor at the Centre for Renewable Energy Systems Technology at Loughborough University, in the UK. This is partly due to technical and financial constraints – saltwater causes corrosion and positioning panels at an angle is tricky and expensive on a floating platform, Walls says. Installations on freshwater bodies may also face opposition if they compete with other activities, such as swimming, boating or angling, he adds.

 

Still, floating sun-powered farms also solve another problem plaguing conventional solar energy: inefficiency when solar panels become too hot. In fact, floating solar panels generate extra energy because of the cooling effect of the water they hover over.

 

Solar panels generate electricity using rays of light from the Sun – not its heat. But when they become too hot, their efficiency falls. This is because heat excites the panel's electrons, which convert energy from the Sun into electricity, making the difference between the high energy and rest state smaller, which in turn decreases the voltage and the amount of electricity generated. Solar PV panels typically operate at peak efficiency between 15C and 35C (59F and 95F), but they can get as hot as 65C (149F), hindering efficiency.

 

The proximity to water of floating solar helps the panels operate more efficiently and increases their electricity production by up to 15%, says Nuno Correia, director of composite materials at the Institute of Science and Innovation in Mechanical and Industrial Engineering in Porto, who developed the Proteus project.

 

 

Follow the Sun

 

But there are also other ways to boost the energy production of solar panels – such as by tilting them to follow the Sun's path in the sky, similar to the way young sunflowers follow the sun from east to west during the day. Tracking technology, which is already in use on some land based solar arrays, helps increase the overall electricity production, as the panels constantly adjust to face the Sun.

 

Double-sided panels that track the Sun could increase energy production by 35% and reduce the average cost of electricity by 16% compared to conventional systems, according to research by SERIS. Demand for tracking technology for solar panels is expected to grow by 16% per year between 2022 and 2030 due to this efficiency boost.

 

By merging the two technologies, SolarisFloat says it can increase electricity production by up to 40%, compared to static land installations.

 

SolarisFloat built Proteus as a pilot project, to test this cutting-edge technology and analyse how it boosts the generation of clean energy. The prototype landed them a position as a finalist for the European Inventor Award this year.

 

Proteus' single-sidedpanels slowly rotate every few hours on two axes, using mechanical, geospatial and light sensors to precisely follow the elevation of the Sun's path, as it moves from east to west. 

 

Proteus is one of the first installations to combine floating solar panels with Sun-tracking technology (Credit: SolarisFloat)

 

There are plenty of suitable locations for tracking systems such as Proteus, but the most likely niches are installations in higher latitudes that will not experience strong winds, says Reindl. Locations must be chosen carefully to avoid tidal forces and stormy weather from destroying the panels as well as their mooring and anchoring systems.

 

Tracking systems will also not make much difference at locations near the equator, where the panels are installed almost horizontal and face the Sun throughout most of the day, notes Reindl.

 

Adding trackers increases the overall capital and maintenance costs of the installation, says Walls. But the electricity gains make this technology a worthwhile investment, "especially in sunbelt locations," he says.

 

Another downside to Sun-tracking solar arrays positioned on water is that they are challenging to install, Duarte acknowledges. "Land tracking systems are [typically] 'anchored' to the ground by poles and only a platform with the [solar panel] modules on top of the poles moves," he explains. To ensure stability on water, propellers and engines have been installed on Proteus's platform to anchor the panels.

 

"It remains to be seen what the maximum wind speeds and wave heights would be which the system can absorb while still working smoothly and reliably over time," says Reindl.

 

 

Eco-advantages

 

Linking tracking technology with floating solar could increase electricity generation, but the benefits extend beyond this. Floating solar can help reduce evaporation and prevent the spread of toxic algal blooms, both of which threaten water supply, scientists say.

 

Floating solar installations cool water temperatures by shielding the surface from the sun. This prevents the growth of toxic blooms of blue-green algae, which thrive in warmer waters and can produce harmful toxins that cause eye and skin irritation as well as vomiting among humans and serious illness or even death in animals.

 

The cooler temperatures also prevent evaporation of water – an especially important advantage in arid areas where water is a precious resource. A 2021 study found that floating solar panels on a reservoir in Jordan, one of the world's most water-scarce countries, reduced evaporation by 42%, while producing 425 MWh of electricity annually.

 

"If done well in the right place, floating solar has the potential to provide much needed low carbon energy without taking up land and whilst improving [the] water body condition," says Alona Armstrong, senior lecturer in energy and environmental sciences at Lancaster University and co-author of a study reviewing the environmental benefits and risks of floating solar farms. "Our research shows that floating solar cools the water body and reduces phytoplankton biomass." High concentrations of phytoplankton biomass can boost the growth of algal blooms.

 

However, there could also be ecological disadvantages to wider use of floating solar. Floating solar panels could affect stratification, layers in the water body with different properties, in response to changes in solar radiation and wind at the surface. An increase in stratification could cause the bottom layer to become deoxygenated, "causing undesirable increases in nutrient concentrations and killing fish", Armstrong's study notes.

 

"Floating solar could cause beneficial and detrimental impacts to the water body, and likely a combination of both," says Armstrong. "It's all about ensuring it's done well and in the right place."

 

Floating solar can help reduce evaporation and prevent the spread of toxic algal blooms, both of which threaten water supply (Credit: Alamy)

 

Floating solar panels can also offer useful advantages when combined with other clean technologies. For one thing, there is a "huge opportunity" to merge floating solar with existing hydropower infrastructure, says Reindl. This would help tackle one of renewable energy's biggest challenges: how to provide a steady power supply during variable weather conditions.

 

"You could use solar during the day and hydro at night," says Reindl. "If you do it in a smart way, you could in principle use the reservoir as a giant battery."

 

Hydro dams are the world's largest renewable energy source. But in some areas of the world, such as Africa, increasing droughts caused by climate change could threaten their future potential, the International Energy Agency has warned. One study found that solar panels floating on just 1% of Africa's hydropower reservoirs could double the continent's hydropower capacity and increase electricity generation from dams by 58%. There is "strong potential" for an installation such as Proteus to be used in combination with existing hydropower infrastructure to boost electricity generation, says Duarte.

 

As demand for renewable energy soars and climate impacts such as droughts increase, SolarisFloat says their technology offers a "win-win solution". The high cost of materials, such as steel and plastic, needed to build the panels and the complex installation are the major hurdles which are stalling the global rollout of installations such as Proteus.

 

To be a commercial success, SolarisFloat not only needs to demonstrate an increase in electricity production, but also show that initial investments in the entire system and operational costs can be kept low, says Reindl.

 

Still, it seems clear that the future for floating solar overall is bright, with the global market expected to grow by a fifth in the next eight years to $180.2m (£151.5m).

 

Considering the world rapidly needs to ramp up renewable energy to avoid dangerous levels of warming, it needs all the help it can get. Floating, sun-tracking solar could help put the most efficient panels where they are urgently needed.

 

This piece was updated on 22/11/22 to clarify that the effect of floating solar on stratification is not currently known.

 

[기사/사진: BBC]